專利名稱：一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中避免關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的啟發(fā)式路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化技術(shù)，特別是一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中避免關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的啟發(fā)式路由方法。
背景技術(shù)：
復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)成為近年來(lái)很多領(lǐng)域科學(xué)家研究的熱點(diǎn)，對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究蘊(yùn)藏著巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值，然而復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)所表現(xiàn)出的脆弱性，成為其在實(shí)際應(yīng)用中的一大缺陷，尤其是在面對(duì)隨機(jī)攻擊、蓄意攻擊、協(xié)同攻擊、分布式攻擊等多種復(fù)雜攻擊下，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的安全性越來(lái)越受到嚴(yán)重的威脅，對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的防御和保護(hù)方法研究是人們現(xiàn)在面臨的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題之一。大規(guī)模通信網(wǎng)絡(luò)可視為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，這種擁有不同類型的節(jié)點(diǎn)、鏈路和其它資源的復(fù)雜通信網(wǎng)絡(luò)往往會(huì)引起流量負(fù)載分布不均勻，網(wǎng)絡(luò)中擁塞常常出現(xiàn)在某些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)擁有更多的連接，也因此承擔(dān)了更多的流量傳輸任務(wù)，由此出現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)間負(fù)載的嚴(yán)重不平衡，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)成為最容易使網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生擁塞的節(jié)點(diǎn)。如果一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)失效，它承擔(dān)的負(fù)載就會(huì)重新分配到網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點(diǎn)，這樣大量負(fù)載的重分配可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)失效，使整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)造成災(zāi)難性的破壞。為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，避免或減少網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象，特別是避免關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)中高負(fù)荷擁塞情況，一個(gè)方法就是修改網(wǎng)絡(luò)的底層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，另一種方法是尋求更優(yōu)化的路由方法。由于改變網(wǎng)絡(luò)底層結(jié)構(gòu)的成本較高且不易實(shí)現(xiàn)，因此，研究人員在尋求更優(yōu)化的路由方法方面投入了更多的精力。例如，Yang Junlong 等(Yang Junlong, Yu Heffe1.0ptimizing Mult1-Path Routingby Avoiding Key Nodes.[C].Proceedings of IC-BNMT2009.2009.)提出通過(guò)避免關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的多路徑路由方法MRABKN，他們給出了一個(gè)簡(jiǎn)單有效的探測(cè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)并且避免它們的方法，模擬結(jié)果顯示了該方法在獲取不相交路徑上有很好的性能，能有效地減緩關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的擁塞，提高了 網(wǎng)絡(luò)的可靠性。中科大的Gang Yan等(Gang Yan, Tao Zhou, BoHu,Zhong-Qian Fu,Bing-Hong Wang.Efficient routing on complex networks[J].Phys.Rev.E, 73:046108.2006.)提出了有效路徑路由策略，該有效路徑路由策略并不是像最短路徑路由算法那樣尋找最短的路徑，而是尋找“有效路徑”，所謂“有效路徑”就是在有效的路徑中避開(kāi)那些可能產(chǎn)生擁塞的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。Cun-Lai Pu等(Cun-Lai Pu, S1-YuanZhou,et al.Efficient and robust routing on scale-free networks[J].PhysicaA392 (866-871).2012.)在有效路由的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，提出了積極的路由(AR)策略，AR策略改進(jìn)了路徑P的代價(jià)函數(shù)，并通過(guò)模擬網(wǎng)絡(luò)的容量和級(jí)聯(lián)失效的大小等參量，證明了該策略比有效路由策略在防御網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)失效方面稍微更優(yōu)。陳華良等(陳華良，劉忠信，等 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一種加權(quán)路由策略研究[J].物理學(xué)報(bào) 2009.58(9):6068-6073.)提出了度積加權(quán)路由策略，該策略在計(jì)算任意節(jié)點(diǎn)對(duì)之間路由時(shí)，通過(guò)改變路徑的權(quán)重來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載傳輸分配的均衡，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示了在防御關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的擁塞、提高網(wǎng)絡(luò)容量方面類似于有效路徑路由策略，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)高負(fù)載的情況下，提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。郭磊等(郭磊，汪斌強(qiáng)，等.一種面向關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的多路徑路由算法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用.44(26) 119-121.2008.)為了解決關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的擁塞問(wèn)題，在研究分析多路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，提出了一種面向關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分流的多路徑路由算法(KNMRA)，KNMRA有效地使網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載趨于均衡，大大改善了關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上的擁塞現(xiàn)象。然而，上述幾種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的有效路由方法都徹底改變了現(xiàn)實(shí)中大多使用的最短路徑優(yōu)先的路由方法，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，求得的路由長(zhǎng)度與最短路徑差別較大。因此，如何尋求一種簡(jiǎn)單、有效的路由方法成為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域中的研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中避免關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的啟發(fā)式路由方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中避免關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的啟發(fā)式路由方法，包括以下步驟:步驟1、使用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)介數(shù)確定方法確定復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)G=(V，E)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)Vi的介數(shù)h ;其中V表示節(jié)點(diǎn)集 合，E表示邊集合，w(Vi, Vj)表示節(jié)點(diǎn)Vi和節(jié)點(diǎn)Vj之間的邊(Vi, Vj)上的權(quán)值，給定網(wǎng)絡(luò)流量時(shí)延約束常量D，設(shè)置Rc=O,其中R。表示網(wǎng)絡(luò)容量；步驟2、根據(jù)節(jié)點(diǎn)介數(shù)的值從大到小排列，將排在前r%的節(jié)點(diǎn)作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其中r是根據(jù)整個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)規(guī)模確定的參數(shù)，20，假設(shè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)為m個(gè)，則關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)集合Vk={vkl, vk2, KvkJ ,其中Vkl表示介數(shù)最大的節(jié)點(diǎn)，以此類推；步驟3、按照相應(yīng)的步長(zhǎng)△增加與每個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)相連的所有邊的權(quán)值，其中步長(zhǎng)A是根據(jù)整個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值確定的參數(shù)，I彡A ( 10，假設(shè)(vki，是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)Vki相連的一條邊，即，W (vki, Vj) =w (vki, Vj) + A ；步驟4、使用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)介數(shù)確定方法重新確定復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)Vi的介數(shù)bi ;步驟5、利用Floyd最短路徑方法確定所有節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的最短路徑，即形成路由表;步驟6、利用公式
權(quán)利要求
1.一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中避免關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的啟發(fā)式路由方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟1、使用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)介數(shù)確定方法確定復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)G= (V, E)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)Vi的介數(shù)4 ;其中V表示節(jié)點(diǎn)集合,E表示邊集合，w (Vi, Vj)表示節(jié)點(diǎn)Vi和節(jié)點(diǎn)Vj之間的邊(Vi, Vj)上的權(quán)值，給定網(wǎng)絡(luò)流量時(shí)延約束常量D，設(shè)置R。= O，其中R。表示網(wǎng)絡(luò)容量； 步驟2、根據(jù)節(jié)點(diǎn)介數(shù)的值從大到小排列，將排在前1~%的節(jié)點(diǎn)作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其中r是根據(jù)整個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)規(guī)模確定的參數(shù)，5 ≤ r ≤ 20，假設(shè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)為m個(gè)，則關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)集合Vk={vkl, vk2,…vkm},其中Vkl表示介數(shù)最大的節(jié)點(diǎn)，以此類推； 步驟3、按照相應(yīng)的步長(zhǎng)△增加與每個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)相連的所有邊的權(quán)值，其中步長(zhǎng)A是根據(jù)整個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值確定的參數(shù)，I ≤ A ≤ 10，假設(shè)(vki，vp是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)Vki相連的一條邊，即，W (vki, Vj) =w (vki, Vj) + A ； 步驟4、使用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)介數(shù)確定方法重新確定復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)Vi的介數(shù)h ； 步驟5、利用Floyd最短路徑方法確定所有節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的最短路徑，即形成路由表；步驟6、利用公式
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化問(wèn)題，公開(kāi)了一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中避免關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的啟發(fā)式路由方法。本發(fā)明在保持原有網(wǎng)絡(luò)連接不變的基礎(chǔ)上，在最短路徑路由的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變連接關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的邊的權(quán)重，降低網(wǎng)絡(luò)中最大節(jié)點(diǎn)介數(shù)，使流量負(fù)載在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和非關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間重分布，降低關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的流量。采用本發(fā)明的方法，能提供更大的網(wǎng)絡(luò)容量、更接近最短路徑的路由長(zhǎng)度以及在負(fù)載攻擊下更高的傳輸性能，有效緩解了網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況，對(duì)因關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的擁塞而引起的“級(jí)聯(lián)失效”起到較好的防御作用。
文檔編號(hào)H04L12/721GK103200096SQ201310078568
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者張琨, 徐建, 趙學(xué)龍, 田春山, 嚴(yán)悍, 張宏 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)